Synthesis and biological activities of polyphenolic hybrids - evaluation of anti-cancer, anti-inflammatory and antioxidant activities

Os compostos polifenólicos constituem uma classe de metabolitos secundários de plantas, mas existe também uma enorme quantidade de derivados sintéticos ou semi-sintéticos contendo múltiplas unidades fenólicas. Estes compostos apresentam importantes características biológicas, que dependem das suas estruturas básicas. Certos derivados desta família de compostos, tais como flavonoides, cromonas e cumarinas contribuem para os benefícios da dieta humana, e partilham o núcleo de benzopiran-(2 e 4)-ona ou benzofuran-3-ona. A presente dissertação inclui uma introdução geral e três capítulos que descrevem as novas rotas sintéticas estabelecidas para a preparação de novos híbridos de diversos compostos polifenólicos, assim como a sua elucidação estrutural e termina com a presentação dos resultados da avaliação biológica desses mesmos compostos. No segundo capítulo discute-se a preparação de híbridos de pirimidina- e imidazolidina-polifenóis, especialmente a síntese diastereoseletiva de novos híbridos benzofuran-3-ona-hidantoína e derivados de uracilo. A rota sintética envolve a ação de carbodiimidas sobre os ácidos cromona-(2- e 3)-carboxílicos num só passo ou em dois passos sequenciais, catalisada por uma base orgânica ou inorgânica. O terceiro capítulo descreve reações do tipo adições conjugadas 1,4 - hetero-ciclisações em cascata de compostos 1,3-dicarbonílicos em ácido cromona-3-carboxílico catalisadas por uma base orgânica, que originaram novas cromonas, cromanonas e flavonas polissubstituídas. As bispiranonas [bispiran-2 e 4)-onas] foram elaboradas numa reacção de acoplamento da 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com o ácido cromona-3-carboxílico ou precursores formil-funcionalizados (ω-formil-2’-hydroxy acetofenonas e cromona-3-carbaldeídos) utilizando organocatálise básica. Finalmente, alargou-se o estudo das adições conjugadas 1,4 para uma variedade de 4-hidroxipiran-2-onas e cetonas α,β-insaturadas para originar novos análogos de warfarina. Obteve-se uma variedade de estruturas complexas por hibridação das unidades de 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com os novos derivados de cromonas polissubstituídas. Todos as reações foram executadas em condições suaves e ambientalmente favoráveis, utilizando a 4-pirrolidinopiridina como organocatalisador básico. As estruturas dos novos híbridos polifenólicos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas de alta resolução, incluindo espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1D e 2D) e por difractometria de raios-X, que nos permitiram resolver o complexidade estrutural dos compostos sintetizados. O quarto capítulo apresenta os resultados da avaliação biológica obtidos com os híbridos polifenólicos sintetizados neste trabalho, mostrando a possibilidade de seu envolvimento na terapia do cancro. A maioria dos compostos foram avaliados quanto ao seu efeito sobre a citotoxicidade e proliferação de células leucémicas e ao seu envolvimento na regulação de via pró-inflamatória NF-kB, na qual, os híbridos de biscumarinas exibiram actividades elevadas (IC50 = 6-19 μM para inibição de NF-kB depois de 8 horas de incubação e IC50 = 15-39 μM para efeitos citotóxicos em células cancerosas, após 24 horas de incubação). Uma inibição moderada das enzimas HDAC e Cdc25 foi induzida pelos derivados de benzofuran-3-ona-hidantoína. Catorze dos novos derivados polifenólicos polissubstituídos, tendo como estrutura básica a benzopiran-4-ona, foram avaliados pela sua actividade quimiopreventiva do cancro mediada pela indução de sinalização citoprotectora Nrf2 (fator 2 relacionado com o fator nuclear da proteína E2) e capacidade para inibir a proliferação das células de cancro da mama. Os derivados da classe das cromanonas foram identificados como os indutores mais potentes da actividade Nrf2. As concentrações necessárias para aumentar a actividade de luciferase em 10 vezes (C10) foram de 2,8-21,3 μM. Todos os novos híbridos polifenólicos que apresentam atividade citotóxica e anti-proliferativa não afectam o crescimento de células saudáveis periféricas do sangue (PBMC) (IC50 > 50 μM), indicando a sua seletividade para as células cancerosas e sugerindo que alguns deles são estruturalmente interessantes para posteriores análises. A avaliação da atividade antioxidante utilizando os testes do radical livre DPPH e o poder redutor do ião férrico FRAP foram realizados em algumas estruturas híbridas polifenólicas.

Brazilian savanna forest : conservation, medicinal reservoir and bioprospecting

This study aimed to analyse the Brazilian savanna forest from a Legal Reserve (LR) area from a perspective of conservation, reservoir of organic carbon and medicinal biomass for a prospective use of native medicinal plants. An ethnobotanical and ethnopharmacological survey was carried out close to a community settled in the rural area in the south of Tocantins, being selected 9 of the most cited species (cajuí- Anacardium othonianum; inharé-Brosimum gaudichaudii; jatobá-Hymenaeae courbaril; jenipapo-Genipa americana, aroeira-Myracrodruon urundeuva; negramina-Siparuna guianensis; barbatimão- Stryphnodendron obovatum; assa peixe-Vernonia brasiliana, embaúba-Cecropia pachystachya). Crude foliar extracts were subjected to a preliminary phytochemical prospection and triage of secondary metabolites with antimicrobial activity of potential interest in health and familiar agriculture. Phenolic compounds, terpenes and flavonoids were detected in the extracts of most species, which suggests the presence of antimicrobial, antioxidant and anti-insect activities. It was evident the need to better know the LR as a reservoir of medicinal biomass in an area under ecological tension where 35% (610ha) of the property is LR and should be protected by law. Therefore, a forest inventory of live woody species was performed using the allometric or indirect method. This identified a rare remnant of Semidecidual Seasonal Forest amidst the largest world savannah, the Cerrado biome. An analysis of the forest average productivity per basal area (m².ha), aerial live biomass (ton.ha-1) and carbon stock was carried out. The forest fragment was considered relatively rich in species and diversity, although showing signs of disturbance and dominance by a few species. Its horizontal structure suggests biotic regeneration conditions. It is an important reservoir of medicinal plants. Of the families (57.5%) presenting medicinal species, 19 from a total of 33 are represented in the area and contain 44% (27) of the total species (61) and 63% (432) of the total individuals catalogued. Medicinal species have ecological importance for the equilibrium of the local flora and represent 80% of the 10 species with higher Importance Value Index (IVI): Tetragastris altissima, Chrysophyllum marginatum, Oenocarpus distichus, Sclerolobium paniculatum, Simarouba versicolor, Alibertia macrophylla, Siparuna guianensis, Maprounea guianensis, Licania parvifolia e Physocalymma scaberrimum. Medicinal productivity was high for this type of phytophysionomy: 183,2 ton. ha-1 of biomass and 91,51 ton. ha-1 of carbon representing 66% of the total biomass and carbon of this Cerrado forest. From this stage S. guianensis (Siparunaceae) was selected for performing bioassays in order to verify its biological activity against microorganisms of health and agricultural relevance. This is a native aromatic medicinal plant recommended as priority for conservation, with local popular medicinal validation and availability of medicinal feedstock (3300 Kg.ha-1), with the foliar fraction giving 38Kg/ha of crude extract and 5L/ha of essential oil. Foliar crude extracts and essential oil were obtained and tested in vitro using a disk diffusion bioassay. Different concentrations of these natural products were tested against gram-positive bacteria (Staphylococcus aureus ATCC 29213), gram-negative bacteria (Escherichia coli ATCC 25922 and ATCC 35218; Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145) and fungi (Candida albicans ATCC 6258 e Fusarium oxysporum). The essential oil inhibited the growth of S. aureus in its crude concentration (380μg.mL-1), as well as diluted to half (190μg.mL-1) and a quarter strength (95μg.mL-1). It’s likely that such action is due to sesquiterpenes major components, such as bisabolol and bisabolene (10.35%), measured by gas chromatography (GC-MS, GC-FID). Extracts did not exhibit any antimicrobial activity against the microorganisms tested. The native medicinal plants prospective market is an alternative that favours the conservation of biodiversity while generating benefits for the development of sustainable family productive activities within local ecosystems instead of the current inappropriate uses. This strengthens conservation policies of Legal Reserve in rural settlements and is in agreement with public policy on global warming and climate changes.

Otimização da fragmentação e dos processos de fixação na reprodução assexuada do coral mole Sarcophyton sp.

Dissertação de mestrado, Aquacultura e Pescas (Aquacultura), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015

Carotenoids Biosynthesis – a review

As plantas sintetizam uma enorme variedade de metabolitos, que podem ser classificados em dois grupos, de acordo com as suas funções: metabolitos primários, que participam na nutrição e processos metabólicos essenciais no interior da própria planta, e metabolitos secundários (também referidos como produtos naturais), os quais influenciam as interacções ecológicas entre as plantas e o ambiente. Os carotenóides são metabolitos secundários derivados do isopreno. O isopentenil-pirofosfato (IPP) é a unidade básica para a biossíntese dos carotenóides. O esqueleto carbonado dos carotenóides é sintetizado por adição sucessiva das unidades em C5 que vão formar geranilgeranilpirofosfato, intermediário em C20 que por condensação origina a estrutura em C40. Recentemente assumia-se que todos os isoprenóides se sintetizavam a partir do acetil-CoA via ácido mevalónico. Estudos recentes mostraram que o percurso metabólico começa com a síntese do IPP via ácido mevalónico (MVA) e/ou via metileritritol 4-fosfato (MEP). Neste trabalho discutem-se os avanços no conhecimento destas diferentes vias m tabólicas assim como as enzimas e reacções envolvidas na biossíntese dos carotenóides a partir da unidade fundamental (IPP).

Plantas utilizadas como chás com propriedades anti-inflamatórias e antioxidantes

As plantas foram os primeiros recursos utilizados pelos povos como parte integral da fitoterapia. A fitoterapia, etimologicamente deriva dos termos gregos therapeia (tratamento) e phyton (vegetal). Significa o estudo de plantas consideradas medicinais e da sua aplicação no tratamento de doenças. Com o passar dos anos o uso das plantas como agentes terapêuticos, contribuiu muito para o desenvolvimento de novos fármacos pelo que, tornou-se imprescindível conhecer os seus princípios activos, os mecanismos de acção subjacentes, os efeitos secundários e as possíveis interacções com os fármacos para que pudessem ser empregues de forma segura no complemento de terapias convencionais. Muitos metabolitos secundários [flavonóides] derivados de plantas são conhecidos por possuírem importantes actividades farmacológicas ao actuarem sobre o sistema biológico como antioxidantes e anti-inflamatórios. Os flavonóides estão amplamente distribuídos nas plantas como produto do seu metabolismo. Entre as diversas actividades biológicas atribuídas a estes metabolitos destacam-se as actividades antioxidantes e anti-inflamatórias, abordadas nesta monografia. Este trabalho pretende rever os extractos naturais, que contenham flavonóides com acção antioxidante e anti-inflamatória em patologias cardiovasculares e geniturinárias. Estas populações foram escolhidas pelo facto das doenças cardiovasculares serem a principal causa de morte na União Europeia, e devido à importância das doenças do trato geniturinário terem aumentado muito na medicina clínica, pois essa é uma área essencial para a compreensão de muitas doenças. Torna-se importante o enfoque de algumas dessas doenças através do presente trabalho, numa tentativa de ampliar o conhecimento sobre o assunto. Embora existam muitos estudos nesta área apenas serão consultados estudos que refiram um efeito bem documentado da acção terapêutica dos flavonóides.

Estudo fitoquímico preliminar e bioensaio toxicológico frente a larvas de Artemia salina Leach. de extrato obtido de frutos de Solanum lycocarpum A. St.-Hill (Solanaceae)

The phytochemical profile of ethanolic extract of Solanum lycocarpum fruits was analyzed and preliminary toxicity tests were performed against brine shrimp larvae. The extract was subjected to preliminary phytochemical analysis to identify the main classes of secondary metabolites and tested against the larvae of A. salina to obtain the median lethal concentrations (LC50%). The phytochemical tests showed the presence of phenols, tannins, saponins, alkaloids and free steroids. The extract was fractionated with various solvents for toxicity testing against the larvae and the hydroalcoholic fraction showed considerable cytotoxicity (CL50% = 285.546 g/mL).

Estudo químico e biológico de fungos endofíticos associados com a alga vermelha Dichotomaria marginata (Galaxauraceae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação fitoquímica biomonitorada da tintura 70% de Arrabidaea chica (Humb. & Bompl.) Verlot

A Arrabidaea chica (H&B) Verlot, popularmente conhecida como pariri ou crajirú. É um arbusto escandente de pequeno porte, aproximadamente 2,5 m de altura, que ocorre do sul do México até o Brasil central, sendo comum na Amazônia, onde é utilizada pelos índios para a pintura corporal. Popularmente o chá das folhas é indicado para inflamação, anemia, cólicas intestinais, regulação de menstruação, diarréia entre outros. Estudos recentes comprovam sua atividade antioxidante e cicatrizante in vivo e in vitro, além de atividade antifúngica contra Trichophyton mentagrophytes e do efeito tripanocida. O presente trabalho tem por objetivo contribuir para a validação da alegação de uso e para a padronização de forma de emprego da A. chica enquanto recurso fitoterápico, uma vez que a mesma encontrase na RENISUS. Os extratos etanólico e aquoso da planta foram investigados quanto a seus metabolitos secundários. Foram determinados parâmetros para o controle de qualidade da droga vegetal, através de granulometria, perda pó dessecação e cinzas totais. Além da obtenção de perfis cromatográficos por CCD, CLV, LC-MS e LC - DAD. A planta encontra-se com seus parâmetros de controle de qualidade em conformidade com a literatura. Um perfil de CCD obtido com o eluente Hexano/Acetona/MeOH (67,5:27,5:5) e revelado com NP/PEG, revelou uma banda com Rf=0,17 com fluorescência amarela característico de flavonóides. No perfil de CLAE - DAD obteve-se cromatogramas com características de quinonas e flavonóides também. A partir destes resultados o trabalho foi direcionado para o isolamento, inicialmente com o fracionamento da FAE por CLV e a analise das frações resultantes por CLAE-DAD, e como resultado foi sugerido a presença de um flavonóide derivado do flavonol apigenina. Os resultados microbiológicos corroboram com alguns de seus usos populares contribuindo assim para a validação da forma de uso alegada da planta.

Busca de substâncias bioativas em fungos associados com a espécie Michelia champaca L. (Magnoliaceae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da estabilidade produtiva de compostos bioativos em linhagem mutante de Streptomyces clavuligerus

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

Expressão gênica diferencial na caracterização de espécies de Lippia

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Estudo fitoquímico de extratos polares e infusão das folhas de Terminalia catappa L. (Combretaceae) e avaliação de suas atividades antiulcerogênica e mutagênica

Pós-graduação em Química - IQ

Annona emarginata (Schltdl.) H. Rainer 'araticum-de-terra-fria' cultivada com variação de nitrogênio: produtividade e perfil químico dos voláteis foliares

Pós-graduação em Agronomia (Horticultura) - FCA

Produção e caracterização de compostos bioativos utilizando fungos endófitos

O potencial biotecnológico dos fungos endófitos é actualmente reconhecido, contudo a sua utilização à escala industrial é ainda muito limitada. Isso deve-se, sobretudo ao facto do seu crescimento e composição de metabolitos formados ser dependente e variar de acordo com as condições de crescimento e da influência e interacções com a sua planta hospedeira. É fundamental, por isso, que se criem estratégias e condições simples, mas eficazes, que possibilitem o cultivo destes fungos e consequentemente a produção de compostos biologicamente activos. É importante a par de estratégias de isolamento e caracterização de novas espécies de microrganismos endofíticos sejam também optimizadas condições de crescimento e produção dos seus metabolitos e posteriormente a sua purificação e caracterização. O trabalho experimental teve como principal objectivo optimizar as condições de crescimento e de formação de produtos com actividade antimicrobiana do fungo endófito Fusarium oxysporum isolado da oliveira. As condições estudadas e variadas foram a concentração inicial de glucose (1, 2 e 3%), pH (5,5; 6,5 e 7,5), temperatura (20, 25 e 30 ºC) e agitação (80, 160 e 240 rpm). Verificou-se que as condições que permitiram um maior crescimento do fungo Fusarium oxysporum foram 25 ºC, 30 g/L de glucose inicial, 240 rpm e pH 5,5. No entanto, não se verificou uma diferença significativa no crescimento do fungo relativamente à temperatura de 30 ºC, à concentração inicial de glucose de 20 g/L, a uma agitação de 160 rpm e ao pH 7,5. A formação de compostos com actividade antibacteriana foi favorecida quando as condições de fermentação foram 25 ºC, 10 g/L de glucose inicial, uma agitação de 80 rpm e um pH inicial de 7,5. Contudo, a concentração de compostos com poder antibacteriano presentes nos extractos fúngicos foi muito reduzida, dificultando a sua purificação e caracterização. Os resultados obtidos parecem indicar que se deveria utilizar condições de fermentação diferentes em termos de agitação e concentração inicial de glucose, quando se pretende optimizar o crescimento e a formação de compostos bioactivos, Contudo, será necessário a realização de mais experiências para se conseguir estipular as condições óptimas e um crescimento mais homogéneo dos fungos de fermentação para fermentação.

Avaliação da atividade anti-inflamatória do extrato aquoso, frações e compostos identificados nos frutos de Hancornia Speciosa Gomes (Apocynaceae)

Hancornia speciosa Gomes (Apocynaceae), popularly known as ‘mangabeira’, has been used in folk medicine to treat inflammatory disorders, hypertension, dermatitis, diabetes, liver diseases and stomach disorders. Regarding the Hancornia speciosa fruits, the ethnobotany indicates its use especially for treating inflammation and tuberculosis. However, no study has been done so far to prove such biological activities. The objective was evaluation anti-inflammatory activity from the fruits of Hancornia speciosa Gomes (mangabeira). Aqueous extract was prepared by decoction, subsequently submitted the liquid-liquid fractionation. The secondary metabolites were identified by high performance liquid chromatography coupled with detector diode array (HPLC-DAD) and liquid chromatography diode array detector coupled with mass spectrometry (LC-DAD-MS). The anti-inflammatory properties of the aqueous extract, dichloromethane (CH2Cl2), ethyl acetate (EtOAc) and n-butanol (n-BuOH) fractions of the fruits from H. speciosa, as well as rutin and chlorogenic acid were investigated using in vitro and in vivo models. In vivo tests comprised the xylene-induced ear edema that was measured the formation of edema, carrageenan-induced peritonitis was evaluated the total leukocytes at 4h and zymosan-induced air pouch was measured the total leukocytes and differential cell count at 6, 24 and 48 hours, whereas in vitro tests were evaluated levels of cytokines IL-1β, IL-6, IL-12 and TNF-α using ELISA obtained of carrageenan-induced peritonitis model. The results showed the presence of rutin and chlorogenic acid were detected in the aqueous extract from H. speciosa fruits by HPLC-DAD and LC-DAD-ME. Furthermore, the aqueous extracts and fractions, as well as rutin and chlorogenic acid significantly inhibited the xilol-induced ear edema and reduced cell migration in the animal models such as carrageenan-induced peritonitis and zymosan-induced air pouch. In addition, reduced levels of cytokines IL-1β, IL-6, IL-12 and TNF-α were observed. This is the first study that demonstrated the anti-inflammatory effect of aqueous extract from Hancornia speciosa fruits against different inflammatory agents in animal models, suggesting that their bioactive molecules, especially rutin and chlorogenic acid contributing, at least in part, to the anti-inflammatory effect of aqueous extract. These findings support the widespread use of Hancornia speciosa in popular medicine and demonstrate that this aqueous extract has therapeutic potential for the development of a herbal drugs with anti-inflammatory properties.